高中物理人教版必修二§7.9实验：验证机械能守恒定律.doc

§7.9 实验：验证机械能守恒定律 知识规律 一、实验目的： 利用重物自由下落过程验证机械能守恒定律。 二、实验原理： 1．在只有重力做功的自由落体运动中，物体的重力势能和动能互相转化，但总的机械能守恒。即：在误差允许范围内验证：动能的增加量等于重力势能的减少量。 (1)若以重物下落时的起始点到第n个计数点为过程，测量物体下落到n点时的高度h和速度v。在误差允许范围内，需验证公式mgh＝mv2成立。 (2)若任取两点A、B为过程，测出下落高度hAB和A、B两点的速度vA、vB， 在误差允许范围内，需验证公式mghAB＝mvB2－mvA2成立。 2．速度的测量：做匀变速运动的纸带上某点的瞬时速度等于这点前后相邻两点之间的平均速度。 vn＝ 或： vn＝ 三、实验器材： 电火花计时器(或电磁打点计时器)，交流电源，纸带(复写纸片)，铁架台(含铁夹)，导线，刻度尺，重物(带纸带夹)。 四、实验步骤： 1．安装置：按图将检查、调整好的打点计时器竖直固定在铁架台上，接好电路。 2．打纸带：将纸带的一端用夹子固定在重物上，另一端穿过打点计时器的限位孔，用手竖直提着纸带末端，使重物静止在靠近打点计时器的地方。 先接通电源，后松开纸带，让重物带着纸带自由下落。更换纸带重复做3～5次实验。 3．选纸带：（点迹清晰） (1)若用mvn2＝mghn验证，应选第1、2两点间距离接近(且小于)2 mm的纸带。若第1、2两点间的距离大于2 mm，是由于先释放纸带后接通电源造成的。这样，第1个点就不是运动的起始点。 (2)若用mvB2－mvA2＝mgΔh验证，只要点迹清晰就可选用。 五、数据处理及实验结论： 1．测量计算：在起始点标上0，在以后各点依次标上1、2、3…，用刻度尺测出对应下落高度h1、h2、h3…。计算出各点对应的瞬时速度v1、v2、v3…。 2．验证守恒： (1)利用起始点和第n点计算，在误差允许范围内，验证ghn＝vn2，则机械能守恒定律正确。 (2)任取两点A、B计算。在误差允许范围内，验证ghAB＝vB2－vA2，则机械能守恒定律是正确的。 (3)图像法。以v2为纵轴，以h为横轴，做出v2－h图线。若在误差允许的范围内图像是一条过原点且斜率为g的直线，则验证了机械能守恒。 3．实验结论：在误差允许范围内，在只有重力做功的情况下，机械能守恒。 六、误差分析： 1．本实验中因重物和纸带在下落过程中要克服各种阻力(空气阻力、打点计时器阻力)做功，使一部分重力势能转化为内能，故动能的增加量ΔEk稍小于重力势能的减少量－ΔEp，即ΔEk－ΔEp，这属于系统误差。改进的办法是调整器材的安装，尽可能地减少阻力。 2．长度的测量，属偶然误差。减小误差的办法是测下落距离时都从0点量起，一次将各打点对应的下落高度测量完。或者采用多次测量取平均值来减小误差。 七、注意事项： 1．打点计时器要竖直地固定在铁架台上，即：使上下两个限位孔在同一竖直平面内一条竖直线上与纸带运动方向相同，以减小纸带运动时与限位孔的摩擦。 2．打点前需保持手提纸带末端不动，且保证纸带竖直(不要卷曲)，待接通电源，打点计时器工作稳定后，再松开纸带。 3．重物要选用密度大、体积小的物体，使重力远大于阻力，以减小空气阻力的影响。 4．速度不能用vn＝gtn或vn＝计算，下落的高度h，也只能用刻度尺直接测量，而不能用hn＝gtn2或hn＝计算。 经典习题 1．“验证机械能守恒定律”，打点计时器频率为50Hz， g＝9.8m/s2，纸带中O点是打点计时器打出的第一个点，A、B、C、D分别是每打两个点取的计数点.则重物由O点运动到B点 时(重物质量为m) (1)重力势能的减少量是 J 动能的增加量是 J (2)重力势能的减少量 (“略大于”或“略小于”)动能的增加量，原因是 。 (3)根据计算的数据得出的结论： 。 解：(1)－ΔEp＝mhOB＝×9.8×0.1950＝vB＝＝＝m/s ΔEk＝mv2－＝××1.9442＝1. (3)在误差允许范围内，重物减少的重力势能等于其增加的动能，机械能守恒。 点评：单物体，从0开始，自由下落。难度：★ 2．利用气垫导轨验证机械能守恒定律，实验步骤： ①将气垫导轨放在水平桌面上，桌面高度不低于1m，将导轨调至水平。 ②用游标卡尺测出挡光条的宽度l＝9.30mm. ③由导轨标尺读出两光电门中心间的距离s＝60.00cm ④将滑块移至光电门1左侧某处，待砝码静止不动时，释放滑块，要求砝码落地前挡光条已通过光电门2. ⑤从数字计时器(未画出)上分别读出挡光条通过光电门1和光电门2所用的